棕榈酸通过CD36活化内质网应激诱导结肠癌铁死亡的机制研究

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第一部分棕榈酸通过内质网应激-钙释放-铁离子蓄积诱导结肠癌细胞铁死亡目的:观察棕榈酸处理对结肠癌HT29细胞增殖和死亡的影响,检测细胞内质网应激和铁死亡的相关指标,明确棕榈酸诱导结肠癌细胞死亡的具体方式并探讨其诱导铁死亡的具体分子机制。方法:首先在结肠癌HT29细胞系中,通过不同浓度梯度棕榈酸处理筛选出适宜的作用浓度,检测该浓度作用下的细胞凋亡,坏死情况。然后通过Lipid ROS(脂质活性氧),MDA(丙二醛),透射电镜等多个指标检测HT29细胞的铁死亡表型,并用铁死亡抑制剂Fer-1(ferrostatin-1)加以验证;通过Iron Assay Kit试剂盒以及Calcein AM探针检测HT29细胞的铁离子水平以确定铁死亡的分子通路,并添加DFP(去铁酮,铁离子螯合剂)或FAC(枸橼酸铁铵)加以验证。随后我们通过QPCR实验以及流式钙离子检测探究棕榈酸处理诱导HT29细胞内质网应激情况,最后使用共聚焦显微镜观测转铁蛋白的内吞-再循环运输与棕榈酸以及钙离子水平的关系。结果:CCK-8和LDH释放实验结果发现120μM棕榈酸抑制HT29细胞的增殖,并诱导细胞死亡;流式细胞术、WB以及添加凋亡抑制剂Z-VAD-FMK或坏死抑制剂Necrostatin-1的实验结果证实HT29细胞主要发生非凋亡,坏死的细胞死亡。经棕榈酸处理后,HT29细胞Lipid ROS含量增加,MDA水平增加,透射电镜显示线粒体体积减小,线粒体嵴数量减少,添加Fer-1能够显著的抑制细胞的死亡;并且经棕榈酸处理后,HT29细胞总铁含量增加,Fe2+离子水平增加,DFP和FAC能分别减轻和加重细胞的死亡现象,证实细胞发生因铁离子增加导致的铁死亡。棕榈酸处理导致内质网应激标志物PERK,EIF2α,ATF4的表达增加,内质网钙释放增多,胞质钙离子水平增加;共聚焦显微镜结果显示,经棕榈酸处理后,转铁蛋白的运输效率提升,添加BAPTA-AM(钙离子螯合剂)能够抑制运输效率,而添加Thapsigargin(毒胡萝卜素,内质网应激诱导剂)能够促进运输效率。结论:棕榈酸处理以非凋亡、坏死的方式诱导结肠癌HT29细胞死亡,而是诱导细胞铁死亡,并且铁死亡的发生是由过量的铁离子蓄积导致的。棕榈酸能够通过诱导内质网应激介导内质网钙释放,胞质铁离子的蓄积可能是通过胞质钙离子水平所调控的转铁蛋白运输介导的,为铁死亡的研究提供了新思路。第二部分CD36介导棕榈酸诱导的内质网应激性铁死亡目的:观察不同结肠癌细胞系对棕榈酸诱导的铁死亡的敏感性并探寻其主要差异所在,在此基础上,构建基于差异基因的干扰和过表达细胞模型,探索该基因在铁死亡中的作用。方法:首先用棕榈酸处理结肠癌HCT116,SW480,SW620细胞系,观察不同细胞系的增殖死亡情况。然后检测脂质活性氧、铁离子、钙离子、脂肪酸摄取能力以确定不同细胞系之间的主要差异所在;并通过QPCR以及WB验证HT29和SW620细胞系之间CD36的表达差异。随后在HT29细胞中构建si RNA干扰CD36表达模型,观察铁死亡表型的变化;在SW620细胞中构建慢病毒过表达CD36模型,观察对棕榈酸诱导的铁死亡的敏感性变化。最后通过数据库分析CD36在结肠癌中的表达情况以及对预后的影响。结果:HT29,HCT116细胞系对棕榈酸诱导的铁死亡敏感,SW480,SW620细胞系抵抗棕榈酸诱导的铁死亡。经棕榈酸处理后,SW620细胞未出现Lipid ROS、MDA、Fe2+、Ca2+水平的变化,而SW620细胞的脂肪酸摄取能力显著低于HT29细胞。QPCR及WB结果显示,经棕榈酸处理后,HT29细胞的CD36表达增加,SW620细胞的CD36表达无明显变化,并且HT29细胞的CD36基础表达量显著高于SW620细胞。通过si-1(si RNA序列-1),si-2(si RNA序列-2)干扰HT29细胞中CD36的表达后,再经棕榈酸处理,HT29细胞的铁死亡现象得到部分缓解。通过慢病毒过表达SW620细胞中CD36的表达后,再经棕榈酸处理,SW620-Homo-CD36(SW620细胞CD36过表达细胞株)细胞出现铁死亡现象。CD36在结肠癌中较正常组织显著高表达,且CD36高表达的结肠癌患者预后更差。结论:不同结肠癌细胞系对棕榈酸诱导的铁死亡具有不同的敏感性,其差异表现主要来源于CD36表达水平的高低。CD36高表达的结肠癌细胞更容易在棕榈酸处理下发生铁死亡,为肿瘤患者的精准化治疗提供了新策略。第三部分棕榈酸对不同CD36表达水平裸鼠移植瘤的抗肿瘤作用目的:在裸鼠移植瘤模型中验证棕榈酸的抗结肠癌活性及其作用机制,并评估棕榈酸在体内的安全性。方法:于裸鼠左右腋侧种植结肠癌HT29细胞,建立HT29裸鼠移植瘤模型;于裸鼠左右腋侧分别种植稳转细胞株SW620-Homo-CD36,SW620-NC细胞,建立SW620裸鼠移植瘤模型。设置棕榈酸处理组及对照组,每组5只;棕榈酸处理组每只每天腹腔注射给药1次(10mg/kg),对照组腹腔注射等量的BSA溶液,每三天监测荷瘤裸鼠的肿瘤体积变化及生存情况,总计15天。通过Iron Assay Kit试剂盒对比瘤体总铁含量,通过MDA检测试剂盒对比瘤体MDA含量。结果:HT29裸鼠移植瘤模型在棕榈酸腹腔注射处理下,瘤体的体积大小及重量明显低于对照组,棕榈酸处理组的瘤体总铁含量,MDA含量更高。SW620-NC,SW620-Homo-CD36裸鼠移植瘤模型在棕榈酸腹腔注射处理下,SW620-NC瘤体的体积大小及重量明显高于SW620-Homo-CD36瘤体,并且SW620-Homo-CD36瘤体的总铁含量和MDA含量显著高于SW620-NC瘤体。结论:棕榈酸在CD36高表达的裸鼠移植瘤模型体内具有抗结肠癌活性,其作用机制与铁过量诱导的铁死亡有关。棕榈酸在结肠癌裸鼠移植瘤模型体内无明显毒性反应,较为安全,为棕榈酸的临床应用提供了实验依据。
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